C08 泥浆污染物

第八章泥浆污染物引言通常，钻井液在配制完以后，泵入井眼以前，其性能最好。

（虽然，一些从井眼返出的泥浆，其切力得到一些改善，这也是不可否认的事实），一旦开始钻井作业，泥浆就会受到污染，其污染类型和程度由所钻地层及地层中流体决定，这部分主要详细讲述了一些主要污染物的作用及其如何将这些作用降低到最小。

固相在油田上，依据它们的密度或比重，可以将固相分成两个基本的类型。

高比重类：sg>4.2，通常作为加重剂，如重晶石，赤铁矿。

低比重类：sg为1.6--2.9，通常是商用般土和比重为2.5的钻屑。

可以使用这些数据值来计算泥浆中每种固相的相对含量，从相对浓度的变化，可以了解到泥浆的状况和固控设备效率情况，原因将高比重固相加入泥浆中，会提高流体的密度，即使是经过慎重考虑加入的，并且基本上是惰性固相，但是，它们仍然会对流体的流变性产生不利的影响，特别是由于损耗，这些固相降解为超细粒子时，这种不利影响表现更为突出。

低比重固相常指钻屑和所钻地层物质。

征兆在钻井泥浆中，钻屑是最普通的污染物，任何未被固控设备清除的岩石颗粒都会被重复循环，并且由于损耗作用而使尺寸减少，这个过程使岩石颗粒裸露表面积增加，从而需要更多的泥浆来润湿它们，并且，为了维护所需的泥浆性能，使泥浆处理材料用量增加。

在泥浆中，岩屑颗粒数量增加，造成了颗粒间相互作用增强，因此，泥浆的流变性，特别是塑性粘度也升高。

形状和尺寸不规则的钻屑易形成质量较差的滤饼，反过来，这种泥饼又容易造成滤失量增加，泥饼变厚。

预防与补救措施有效地使用固控设备，可预防意想不到的岩屑堆积情况的发生。

到目前为止，在固控设备中，所使用的初级分离设备（如振动筛）是最重要的分离工具。

如果有效地使用振动筛，并正确选用筛网，在钻屑有机会大量细化以前，就可将绝大多数的钻屑清除掉。

现在的尾部转动振动筛，容许使用象230目那么细的筛网，特别是在用油基泥浆钻井时，这种设备就显得更有用。

如果想使用更细的筛网，则必须考虑是否可能会将重晶石除去。

使用水力旋流器（除砂器和除泥器）时应小心一些，离心吸入泵的运转会加剧固相的损耗，并使存在的一些问题更复杂化。

用油基泥浆钻井时，不能使用水力旋流器，因为有大量废弃液将会对环境和泥浆成本造成负面作用。

正确装配离心设备对清除细固相是很有效的，然而，它们不具有大量处理泥浆的能力（一般处理量为1－1.5bbl/min），并且，只有在使用低稀释率油基泥浆或钻小直径井眼时，使用上述的泥浆处理剂才效果比较好。

最终，由于固相的直径降低到如此之小，以至于它们不能利用高速离心机加以清除。

在这种情况下，必须使用一些稀释方法。

加入基液（水或油），有助于在短期内增加泥浆中的液相，同时，也增强了固相的分离作用和固相颗粒间相互作用。

然而，这些方法实际上并不能从泥浆体系中除去任何固相，并且，固相损害过程和泥浆性能还在继续下降。

超细固相只能通过从循环系统除去一部分泥浆，才能从泥浆系统中加以清除。

对于水基泥浆，应该采用“全面泥浆稀释法”。

这种方法在清除大量固相的同时（泥浆也会随同一块除去，对一般循环体系而言，低于500桶的量基本上没有用），然后，用新配制的清洁泥浆替代它。

这种方法对油基泥浆或合成油基泥浆无效，当这种类型泥浆充满超细固相时，必须将它重新返回岸基泥浆厂进行处理。

值得庆幸的是：由于油基泥浆易于保持岩屑的稳定性，因此，可以通过振动筛进行有效清除，但对于泥浆很少进行这样的处理。

当使用一种分散性泥浆时，可以使用化学稀释剂（如lighosulphonate,Drill-Thin等）来处理固相含量增加现象。

然而，造成固相增加的根本原因还存在，最终仍将需要进行稀释处理。

钙和镁这些二价离子中任何一种离子，即使是在浓度很低的情况下，对一些水基泥浆都存在有负面作用，特别是在这些泥浆中，固相含量较高时，其中任何一种离子，在高浓度情况下，对水基泥浆中聚合物的性质和一些油基泥浆中的悬浮剂束，都可能存在负面影响。

原因在配制用的水(特别是对于海水)、地层水、盐与蒸发岩混和地层中，都存在钙和镁离子，当钻水泥塞或硬石膏时，可以碰到大量的钙。

在钻富含镁的页岩（如在北海油田的北部和中部）或混和岩地层（如北海油田南部的镁灰蒸发岩）时，泥浆中常常聚积镁。

征兆镁主要的作用就是同泥浆体系中的羟基起反应，从而，降低了泥浆的碱性和PH 值。

反过来，这个过程又使得具有碱性的碳酸盐和碳酸氢盐成份转变成污染物。

钙离子对般土泥浆、含有可改变泥浆流变性(使塑性粘度减少，而屈服值和切力增加)的活性土的水基泥浆、以及泥浆的漏失控制等存在影响。

如果出现钙离子数量的增加，可以通过对泥浆滤液作化学分析，来鉴别钙离子形成的原因。

当钙含量和PH值都很高时，则需要向水基泥浆中加入最普通的聚合物――目的就是为了对泥浆流变性和滤失量进行控制。

预防及补救措施镁象在海水中含有的少量镁，可通过加入硫酸氢钠予以清除。

在PH值大约为10.5时，氢氧化镁可以被沉淀除去。

当遇到大量的镁时，（如含镁页岩、蒸发岩或盐流），通过对泥浆进行处理来除掉污染物，这是不实际的。

因为氢氧化钙的大量胶凝沉淀，会对泥浆流变性产生不利影响，特别是会升高泥浆切力。

这些沉淀物具有较大的表面积，它们会消耗掉大量的泥浆化学处理剂。

在油基泥浆中，这是一个非常特殊的问题，它可能将表面活性剂从泥浆中除去，并引起整个泥浆体系的“突然变性”。

在这种情况下，对出现镁的原因没搞清楚以前，不应采取任何措施去调节泥浆碱度。

现在的表面活性剂束一般并不需要大量的氢氧化钙，因此，也不应该对油基泥浆性能进行调整。

在水基泥浆中，较低的PH值可能会使钻柱的腐蚀加重，因此，在PH 值得以恢复以前，可以考虑使用除氧剂和成膜胺。

钙泥浆中含少量的钙（<400mg/ft）是容许的，在许多水基泥浆中，也希望含有少量钙。

泥浆中含有一定量的钙，当出现所不需的碱性碳酸盐时，可以起到一定缓冲作用。

然而，高浓度的钙可能会对水基泥浆造成严重不良影响。

引起钙含量过高的主要原因，将在下面进行论述：水泥水泥的化学成份是比较复杂的，然而，从对泥浆的污染来看，可以认为它是氢氧化钙。

在水泥中，主要污染物是钙，但是，在某些条件下，氢氧根离子将会使问题复杂化。

在高温时（>250︒F），经过严重污染后的般土浆可能会固化。

当打算钻水泥时，特别是在水泥还未完全凝固变硬时，需要采取一些预防措施，尽量减少可能产生的污染作用。

∙如果可行时，在使用油基泥浆以前，可以先用海水钻出尽可能多的水泥。

∙在固井作业期间，尽量减少碳酸氢钠的用量，包括在配制新泥浆，提前钻水泥时。

∙如果希望水泥提前凝固，可用少量的碳酸氢钠（0.25lb/bbl通常就足够了，或者两倍于这个量）对水泥提前进行处理。

避免对水泥进行过分处理，在泥浆体系中，过量的碳酸氢盐可能会使泥浆中的固相絮凝，并且，对泥浆流变性和滤失控制会产生不良影响。

∙经常查看振动筛，并清除任何未凝固的水泥或受严重污染的水基泥浆。

∙钻水泥时，应密切监测PH值和Pf值，并且，为了防止聚合物沉淀（保持PH 值在11.0以下）和粘土的絮凝，应根据需要调整处理方法。

碳酸氢钠可以减少钙离子含量，并降低PH值。

任何一种酸：象常规的柠檬酸，都会象酸式焦磷酸钠、lignosulphonate和lighite一样，使PH值降低。

∙众所周知，在钻大量未凝固或低强度水泥时，应该考虑把泥浆体系转换成一个氢氧化钙泥浆体系，这个体系对水泥具有较强的抗污染能力。

使用大量合适的分散剂（如lignox），可以成功实现这种转换。

对油基泥浆与合成油基泥浆，受水泥污染作用影响不大。

然而，由于在未凝固的水泥中，存在有自由水，它可能会降低油水比。

无论什么时候，在使用油基泥浆以前，都应该用海水或水基泥浆钻出尽可能多的水泥。

硬石膏硬石膏是石膏的无水形式，并且，可以完全溶解，为粘土的絮凝提供钙离子。

钙离子的作用与水泥中钙离子一样，但是，石膏的污染作用，对泥浆的PH值并没有直接的影响。

对于含硬石膏的小薄层，可以用纯碱来处理过量的钙，处理时，应小心谨慎，避免由于过度处理，从而使得碳酸盐污染物产生负面作用，这种作用就象碳酸氢钙中钙离子所引起的那种作用那么严重。

在处理过程中，加入少量象lignosulphonate 的悬浮剂，可以消除对流变性的影响。

如果存在有大量的石膏，并使用的是水基泥浆，应考虑将泥浆转化为石膏泥浆体系，这种体系对石膏具有较强抗污染能力。

碳酸盐与碳酸氢盐在“碳酸盐体系”中有三种污染物――碳酸、碳酸氢根离子、碳酸根离子。

图1 给出了在各种PH值时，这三种物质的相对含量：(8—7)原因碳酸盐体系污染物产生污染的四个常见因素：∙地层气中的二氧化碳气体。

∙从泥浆中除钙时，由于过分处理所引起的。

如过量使用纯碱和碳酸氢钠。

∙有机泥浆处理剂的高温降解（如fcl lignite和s tarch）。

∙污染过的重晶石，特别是用水基泥浆钻高温高压井时，在将重晶石发往井场以前，有必要对每批重晶石进行质量控制管理。

∙污染过的般土。

征兆主要现象是流变性，特别是屈服值和切力升高，滤失量增大。

在高固相泥浆中，高温情况下，所产生的这些影响更为严重。

这些现象并不会象用lignosulphonate进行处理后，所产生的那种化学絮凝作用。

预防与补救措施在进行处理以前，应该用各种有效的数据对这种情况评价一下――必须禁止用钙离子进行过分的处理。

几个泥浆试验方案，泥浆工程师都可使用，但是，这些方案中没有哪一个提供了明确的现场资料。

∙PH、Pf和Mf都是通过PH值测量仪和滴定法来测定的。

理论上，这些值之间的比率和关系都可以用碳酸盐来确定。

尽可能建立起循环，了解泥浆循环对震击器的作用。

钻柱向下运动：将扭矩由钻柱传到卡点，通常是3/4圈/1000英尺，知道扭矩对震击器的影响，下压钻具，使震击器下击。

钻柱向上运动：从卡钻开始，检查钻柱上的作用力，是逐渐增加还是一下达到最大值，然后采取如下相应措施：或者开始活动钻柱。

最初，预先使震击器具有40000――50000磅的力，该力大于使震击器动作所需的力，然后逐渐增加该力超过一小时。

但不能超过所容许的最大上提负荷。

或者开始活动钻柱达到其活动极限，同时，不能使震击器震击。

超荷提升值计算：初始超荷提升值＝1/2×震击器以下组合钻具的净重或＝0.85×组合钻具最弱部分（无论哪个弱点部分）的拉伸强度最大超荷提升值估算钻柱的弱点（一般来说，地表的钻柱为弱点位置），但是，如果使用的是碱度(mg/l)∙P1和P2是用另外一种滴定法测定的，通常，这种方法可以得出比Pf和Mf测定法更可靠的结果碱度(mg/l)∙Garrett Gas Train使用弱酸将所有的碳酸盐转化为二氧化碳，这些二氧化碳可以在Drager tube中进行测定，然后，可以用所测得的转化因子来确定碳酸盐的浓度。